JP2000041339A - 発電設備の負荷移行装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 商用電源との系統連係を行う発電設備におい
て、商用電源と発電設備との負荷移行を容易かつ瞬時
に、また、電圧波形や周波数のズレによるトラブルを起
こすことなく行われ、安定した電力供給が行えることを
課題とする。 【解決手段】 発電設備であるエンジン２１付き発電機
２２からの交流電力を整流器２４にて直流に変換し、か
つ、商用電源１１の交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータ２
６にて直流に変換して、接続点Ａにて各直流電流を合流
させ、ＤＣ／ＡＣインバータ２７にて再び交流に変換し
て負荷に供給する構成とし、負荷変動に対して、発電設
備の発電機２２の界磁コイル２３の設定電流、またはエ
ンジン２１のガバナ６１の調節による回転数制御により
発電設備の出力制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、商用電源との系統
連係を行い、かつ負荷の受電電力の一定制御を行う自家
用発電設備に適用される負荷移行の装置および方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、負荷への電力供給を商用電源と自
家用発電設備から行う、いわゆる商用電源並列運転方式
では、商用電力系統からは連係遮断器を介して、また自
家用発電設備の発電機からは同期遮断器を介して負荷へ
電力を供給する。図１３は従来の商用電源並列運転方式
による発電設備の負荷移行装置を示す回路図である。図
１３に示すように、従来において当該運転方式を用いる
場合、商用電源１１および出力一定の発電設備８１（例
えばエンジン付き発電機）と、負荷１−１・１−２・２
−１・・・（例えば空調装置）との間には、電源切換器
８２を介している。該電源切換器８２内においては、商
用電源１１から各負荷１−１・２−１・３−１・・・へ
の交流の分電回路８３と、発電設備８１から各負荷１−
２・２−２・３−１・・・への交流の分電回路８４とを
並設しており、各負荷１−１・１−２・２−１・・・に
対し、両分電回路８３・８４からの出口接点８３ｂ・８
４ｂを設けて、それぞれ切換スイッチ８５にて選択接続
可能としている。なお、商用電源１１と分電回路８３の
入口接点８３ａとの間、及び発電設備８１と分電回路８
４の入口接点８４ａとの間には、それぞれ遮断器８６・
８７が介設されている。このような電源切換器８２内に
おいて、例えば通常は発電設備８１を運転して全切換ス
イッチ８５を発電設備８１からの分電回路８４に接続す
るものとし、全負荷の総合受電電力量が発電設備を上回
る場合に、適当な受電電力の負荷を選択し、その負荷に
対応する切換スイッチ８５を商用電源１１からの分電回
路８３に接続し、商用電源１１より電力を補うのであ
る。このように、該電源切換器８２内の多数の切換スイ
ッチ８５が、各負荷１−１・１−２・２−１・・・の状
態に応じて切換制御して、商用電源１１および発電設備
８１から負荷への電力供給の選択制御が行われる。ま
た、商用電源と複数の発電設備より負荷への電力供給を
行い、負荷減少に際していずれかの発電設備を停止する
際に、残りの発電設備の目標電力を一定の演算を用いて
算定し、負荷移行時の受電電力の安定化を図るものとし
た負荷移行方法が、例えば特開平９−２８５０１７など
にて公知となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１３図示の上記従来
構成においては、過負荷時の負荷移行手段として、各負
荷に対し、切換スイッチ８５による電力供給電源の選択
（発電設備８１か商用電源１１か）を行うものとしてい
る。即ち、全負荷の必要な総受電電力量に応じて、どの
負荷に対してどちらの電源から電力供給をすればよいか
を算出し、これに基づいて切換スイッチ８５の切換制御
を行うのである。このため、負荷の移行に時間がかか
り、効率的ではない。また、切換スイッチ８５が有接点
式であるためスイッチ部の耐久性を高く構成する必要が
あり、製作経費が高くなる。また、これらの切換スイッ
チ８５を負荷の数の分だけ内設した前記の電源切換器８
２のような専用の負荷切換装置が必要であるとともに、
現場配線の細分化変更が必要であり、複雑になる。この
ため、既存の設備に発電設備よりの電力を供給可能にす
る場合には、改造箇所が多く、改造費が高価になる。ま
た、この負荷移行手段においては、いずれの分電回路８
３・８４にも各電源１１・８１から変圧しないままの交
流電流が流れており、分電回路８４における発電設備８
１より供給される交流の電圧波形および周波数と、分電
回路８３における商用電源１１より供給される交流の電
圧波形および周波数との間にはズレがある。このため、
切換スイッチ８５にて両分電回路８３・８４間の切換を
行う際に、発電設備８１より供給される交流の周波数を
変調し、商用電源１１より供給される交流に同調させる
設備が必要となる。なお、前記公報掲載の負荷移行手段
は、発電設備を複数設置することを前提とした、負荷減
少時の負荷移行に対応するものであり、発電設備を単数
とし、過負荷状態に対応するための負荷移行に対応した
ものではない。本発明は、過負荷時に商用電源より電力
供給の補填を行えるようにした商用電源並列運転方式の
発電設備における負荷の受電電力の一定制御を可能とし
た負荷移行装置及び方法を、現場配線の変更が簡単で改
造費を安く抑えることのでき、かつ電源切換時のトラブ
ルを回避できるものとすることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決すべ
く、本発明は次のような手段を用いる。請求項１に記載
の如く、商用電源との系統連係を行う発電設備の負荷移
行装置において、該発電設備からの交流電力を直流に変
換するとともに電流の逆流防止機能を有する変換手段
と、該商用電源からの交流電力を直流に変換する変換手
段と、両変換手段からの直流電力を合流させる合流回路
と、該合流回路の直流電力を交流に変換して負荷に電力
供給する変換手段とを設け、過負荷状態では該発電設備
の電力不足分を商用電源より自動補給すると共に、負荷
変動に応じて発電設備の出力制御を行うよう構成する。

【０００５】また、請求項１記載の発電設備の負荷移行
装置において、請求項２に記載の如く、前記発電設備を
エンジン及び発電機により構成し、該エンジンの回転数
を一定とし、負荷電流に応じて該発電機の界磁電流を変
動して前記の発電設備の出力制御を行うよう構成する。

【０００６】或いは、請求項１記載の発電設備の負荷移
行装置において、請求項３に記載の如く、前記発電設備
をエンジン及び発電機により構成し、負荷電流に応じて
該エンジンの回転数を変更して、前記の発電設備の出力
制御を行うよう構成する。

【０００７】そして、請求項４に記載の如く、商用電源
との系統連係を行う発電設備において、該発電設備から
の交流電力と、該商用電源からの交流電力とを、それぞ
れ直流に変換し合流させた後に交流に変換して負荷に電
力供給し、過負荷状態では該発電設備の電力不足分を商
用電源より自動補給すると共に、負荷変動に応じて発電
設備の出力制御を行う発電設備をエンジンおよび発電機
により構成し、該エンジン回転数を一定とし、負荷電流
に応じて発電機界磁電流を変動して前記発電設備の出力
制御を行う発電設備の負荷移行方法を用いる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、添付の図面により本発明の
実施の形態を説明する。図１は本発明の発電設備の負荷
移行装置を組み込んだ商用電源並列運転方式の発電設備
の配設構成を示すブロック図、図２は第一実施例の発電
設備の構成を示すブロック図、図３は第一実施例におけ
る出力特性を示す図、図４は第一実施例における負荷変
動時の出力特性を示す図、図５は第一実施例における界
磁コイルを制御するマップを示す図、図６は第一実施例
における界磁コイルを制御するフローチャート図、図７
は第一実施例における発電設備を利用した熱供給システ
ムを示すブロック図、図８は第二実施例の発電設備の構
成を示すブロック図、図９は第二実施例における出力特
性を示す図、図１０は第二実施例における負荷変動時の
出力特性を示す図、図１１は第二実施例におけるエンジ
ン回転数を制御するマップを示す図、図１２は第二実施
例におけるエンジン回転数を制御するフローチャート図
である。

【０００９】図１において、本発明の発電設備の負荷移
行装置の適用実施例について説明する。商用電源１１
は、発電設備と本発明の負荷移行装置とよりなる発電シ
ステムユニット１２を介して分電盤１３に接続され、該
分電盤１３よりそれぞれの負荷に電力が供給される。本
発明においては、前記発電システムユニット１２内の負
荷移行装置にて、商用電源１１よりの電力を直流に変換
するとともに、該発電システムユニット１２内の発電設
備において発電された電力を直流に変換し、前記商用電
源１１よりの直流電力および発電設備よりの直流電力を
合流させ、この後、該直流電力を交流に変換し、負荷に
供給するものである。このため、現場の配線作業におい
ては、該商用電源１１を該発電システムユニット１２に
接続するだけで、商用電源並列運転式の発電設備を構成
可能であり、従来より商用電源１１のみを使用している
事業所等において、既存の分電盤１３などの設備を改造
することなく、商用電源１１と該分電盤１３との間に発
電システムユニット１２を介装するだけで、商用電源１
１及び該負荷移行装置内の発電設備から負荷への電力供
給を行うことが可能である。

【００１０】図２において、本発明の発電設備の負荷移
行装置を備え、本発明の発電設備の負荷移行方法を適用
した該発電システムユニット１２の第一実施例の構成に
ついて説明する。該発電システムユニット１２内にはエ
ンジン２１が配設されており、該エンジン２１には発電
機２２が接続されて、発電設備を構成している。該発電
機２２は前記エンジン２１により駆動され、該エンジン
２１よりの駆動力を電力に変換可能に構成されている。
該発電機２２により発電された交流電力は、前記発電シ
ステムユニット１２内に配設された電流変換手段である
整流器２４により直流に変換される。該整流器２４は電
気的にＤＣ／ＡＣインバータ２７に接続されており、該
ＤＣ／ＡＣインバータ２７において入力された直流は交
流に変換され負荷に電力供給される。また、商用電源１
１からの電流回路は、発電システムユニット１２内のＡ
Ｃ／ＤＣコンバータ２６に接続されて、商用電源１１よ
りの交流電力は該ＡＣ／ＤＣコンバータ２６にて直流に
変換される。該ＡＣ／ＤＣコンバータ２６からの直流回
路は、前記整流器２４からの直流回路に接続点Ａを介し
て接続されて合流回路を形成し、該合流回路をＤＣ／Ａ
Ｃインバータ２７に接続している。従って、該ＤＣ／Ａ
Ｃインバータ２７は、商用電源１１からの直流と発電機
２２からの直流との合流電流を交流に変換して、変換後
の交流電力を負荷に供給するのである。

【００１１】上記構成において、前記合流回路（接続点
ＡとＤＣ／ＡＣインバータ２７との間）には、商用電源
１１及び発電機２２からの各直流電流の総和の直流電流
が保存されており、該直流電流は商用電源１１および発
電機２２の周波数に関係無く合流可能であるため、この
ように、特別な周波数補正手段を設ける必要なく、電流
同士を容易に合流させることができるのである。

【００１２】発電システムユニット１２内の負荷移行装
置においての出力制御機構について説明する。該ＤＣ／
ＡＣインバータ２７を介して交流に変換された電力は、
負荷電流検出器２８により検出可能に構成されている。
該負荷電流検出器２８は負荷移行制御装置２５に接続さ
れており、該負荷電流検出器２８の検出した検出値を該
負荷移行制御装置２５に入力可能に構成されている。該
負荷移行制御装置２５は発電機の界磁コイル２３に接続
されており、該界磁コイル２３は調節可能に構成されて
いる。このため、該界磁コイル２３を制御して前記発電
機２２の発電量を調節することが可能である。即ち、エ
ンジン２１を一定回転で運転し、発電機２２の出力制御
を界磁コイル２３を調節することにより行うものであ
る。これにより、電力負荷が大きくなった場合には、前
記界磁コイル２３を制御し、発電機２２の発電量を大き
くし、負荷が小さくなった場合には発電量を小さくする
ことが可能である。

【００１３】上記の構成をとるため、該エンジン２１は
一定回転で運転可能であり、該エンジン２１を一定回転
で運転することで、該エンジン２１にかかる負荷を軽減
可能であり、該エンジン２１の耐久性を向上でき、コス
ト削減に繋がる。また、エンジン２１を一定回転で運転
するため、該エンジン２１の燃費効率のよい回転域で運
転して発電の燃費効率を向上させることができる。さら
に、該エンジン２１は一定回転数で運転されるため、該
エンジン２１の排気音は略一定であり、該排気音の消音
を容易に行うことが可能である。このため、該発電シス
テムユニット１２の静粛性を向上できる。また、このよ
うにエンジン２１の回転数を一定とすることで、該発電
機２２が一定回転で駆動されるため、該発電機２２より
出力される電力の周波数が一定であり、前記整流器２４
を前記周波数に対応した構成にし、該整流器２４におけ
る電力損失を低減することが可能である。もしくは、発
電機２２よる出力される周波数を整流器２４における電
力損失の低い範囲に調節し、発電効率を上昇させること
が可能である。なお、界磁コイル２３により出力を急激
に増した場合には、発電機２２の回動負荷が大きくな
る。そこで、該エンジン２１をトルクの大きい回転域に
おいて運転することで、該界磁コイル２３の急激な出力
制御に対して容易な構成にて対応可能であり、該界磁コ
イル２３の出力制御を安定して行うことができる。

【００１４】次に、該発電システムユニット１２の負荷
移行装置における電源切換機構について説明する。前記
商用電源１１とＡＣ／ＤＣコンバータ２６との間には切
換スイッチ３０が配設されており、該発電設備（発電機
２２）を使用しない場合には、該切換スイッチ３０をバ
イパス回路に接続して、商用電源１１の交流電流を、Ａ
Ｃ／ＤＣコンバータ２６を介すことなく、直接に該発電
システムユニット１２の出力回路、即ち負荷への交流電
流回路に供給可能である。従って、該発電システムユニ
ット１２の発電設備や負荷移行装置の整備時には、エン
ジン２１を停止して発電設備の運転を停止するととも
に、前記切換スイッチ３０により、商用電源１１より発
電システムユニット１２における負荷移行装置への電流
の流入を停止し、商用電源１１より負荷への直接的な電
力供給を行うものである。

【００１５】そして、切換スイッチ３０にて商用電源１
１をＡＣ／ＤＣコンバータ２６に接続している場合にお
いて、まず、接続点Ａと発電機２２の間には、電流の逆
流防止機能を有する整流器２４が配設されているため、
前記商用電源１１からの電力が発電機２２に供給される
ことは無く、また逆に整流器２４からの出力電源がＡＣ
／ＤＣコンバータ２６により商用電源１１に供電される
ことはない。整流器２４またはＡＣ／ＤＣコンバータ２
６からＤＣ／ＡＣインバータ２７への電力供給がなされ
ている。ここで、該発電機２２からの出力電圧が、前記
ＡＣ／ＤＣコンバータ２６を介した商用電源１１より供
給される電力の出力電圧以上である場合には、該接続点
よりＤＣ／ＡＣインバータ２７へ流れる電流は発電機２
２（整流器２４）の出力であるので、該商用電源１１よ
りの電力が消費されることは無い。そして、該発電機２
２からの出力電圧が、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ２６を
介した商用電源１１よりの電圧より小さくなった場合に
は、該接続点Ａを介し、該商用電源１１から電力が供給
され、該発電機２２からの電力と共に負荷に供給され
る。このように、上記の商用電源１１より電力供給は、
接続点Ａにおける電圧変化に対応して発生するものであ
り、瞬間的な電圧変動に対しても発生するものである。
このため、該発電システムユニット１２により電力の供
給を安定して行うことが可能であり、該発電システムユ
ニット１２に接続された負荷には電圧変動が伝達しにく
いので、該負荷を安定して運転できるのである。

【００１６】次に、前記負荷移行制御装置２５の構成に
ついて説明する。図３は、前記界磁コイル２３において
設定される出力特性を示す。縦軸Ｖは出力電力の電圧で
あり、横軸Ｉは負荷（或いは該負荷に必要な負荷電流）
である。ｆ１・ｆ２・ｆ３・ｆ４は該発電機２２の界磁
コイル２３の設定値に対応する出力曲線である。該出力
曲線ｆ１・ｆ２・ｆ３・ｆ４は負荷の上昇とともに電圧
が降下する。図３において、ｆ１が最も出力が大きいも
のであり、界磁コイル２３により出力はｆ２・ｆ３・ｆ
４の順に小さくなる。

【００１７】図４において、負荷の変動が生じた場合に
ついて説明する。発電機２２が負荷ｉ２に対して電力Ｐ
２を出力している状態において、負荷が増大し該負荷が
ｉ１に上昇すると、該発電機２２の出力は出力特性ｆ２
に沿って電圧がｖ１よりｖ２に降下する。この場合、前
述の如く該発電機２２からの電圧が降下するため、商用
電源１１より電力が供給され、該発電機２２及び商用電
源１１により電力Ｐ１が出力される。即ち、（ｖ１−ｖ
２）×ｉ１により示される電力（図中斜線部分）が商用
電源１１より供給され、発電機２２の瞬間的な出力が不
足を補充する構成になっている。

【００１８】また、負荷の受電電力は前記負荷電流検出
器２８により電流を検出することでモニターされてお
り、該負荷電流検出器２８の検出値に応じて、前記界磁
コイル２３の設定電流が負荷移行制御装置２５により制
御される。該負荷移行制御装置２５には図５に示すよう
なマップが記憶されており、該マップに従い前記界磁コ
イル２３による界磁電流が調節される。該マップの縦軸
Ｆは界磁電流を示すものであり、横軸Ｉは負荷電流を示
すものである。ｆmax は該発電機２２の最大出力におけ
る界磁電流であり、この場合の負荷電流はｉmax となる
（この場合における定格電流）。このため、該発電機２
２により発生する界磁電流は前記ｆmax 以下において調
節されることとなる。即ち、該界磁電流ｆmax における
負荷ｉmax以下の負荷に対応して、発電機２２の電力出
力が調節される。前記負荷電流検出器２８において検出
された負荷電流がｉである場合には、図５に示すマップ
により負荷移行制御装置２５内において界磁コイル２３
の界磁電流ｆが算出され、該界磁コイル２３の界磁電流
をこの算出値に制御する。発電機２２の出力電力は該界
磁電流ｆにより決定され、該負荷電流ｉに対応するもの
となる。

【００１９】次に、発電システムユニット１２における
負荷移行による界磁電流の制御の流れについて説明す
る。後述する界磁電流の制御は本発明における該界磁電
流制御の一例を示すものである。本実施例においては、
前記界磁コイル２３により発電出力を調節することを意
図するものであり、該界磁電流の制御方法は後述する制
御方法の限りでは無い。該界磁電流の制御は前記負荷移
行制御装置２５において行われるものであり、該負荷移
行制御装置２５における界磁電流の制御は図６に示すよ
うに行われる。図６において、まず処理３１において前
記負荷電流検出器２８により負荷電流が検出され、検出
された負荷電流について処理３２において該負荷電流が
定格電流（発電設備の出力により決定される最大負荷電
流）以上であるかの判断が前記負荷移行制御装置２５で
行われる。負荷電流が定格電流以上である場合には、処
理３３において界磁コイル２３が最大界磁電流に固定さ
れ、処理３５において界磁コイル２３が調節され、発電
機２２の出力が制御される。また、負荷電流が定格電流
よりも小さい場合には、処理３４において前記マップに
より界磁電流が設定され、処理３５において界磁コイル
２３が調節され、発電機の出力が制御される。

【００２０】なお、負荷電流が定格電流以下である場合
においては、上記の構成のごとく、瞬間的な電力の不足
は商用電源１１により補充すると共に、負荷に対応して
界磁コイル２３を調整して発電機２２の出力を上げ、該
発電機２２により負荷に対応可能に構成している。この
ため、界磁コイル２３の制御の間に合わない瞬間的な負
荷変動に対しても商用電源１１より電力が供給され、負
荷に対して安定した電力を供給可能である。また、負荷
電流が定格電流以上である場合、即ち、該発電機２２の
出力以上の電力が必要である場合には、前記商用電源１
１より電力が補充供給される。

【００２１】上記の第一実施例の発電システムユニット
１２は、エンジン２１の回転数を一定としており、この
ように回転数を固定することにより効果のもたらされる
エンジンシステムの実施例を図７より説明する。図７
は、前記エンジン２１により発電を行うと共に、該エン
ジン２１より発生する熱量を該エンジン２１よりの排気
ガスおよび該エンジン２１の冷却水より取り出し利用す
るものである。本実施例の発電システムユニット１２に
おいて使用される発電設備は、前述の如くエンジン２１
の回転数を一定に保つものである。即ち、図７におい
て、前記発電機２２に接続されたエンジン２１には、燃
料ガス入口５１より燃料が供給され、該燃料は電磁弁５
２およびゼロガバナ５３を介してエンジン２１に供給さ
れる。これにより、該エンジン２１への燃料は前記電磁
弁５２およびゼロガバナ５３により調節され、該エンジ
ン２１が一定回転数で出力回転されるよう制御されてい
る。

【００２２】また、該エンジン２１には排気ガス熱交換
器４１が接続されており、該エンジン２１より排出され
る排気ガスは、排気ガス熱交換器４１を介して排気消音
装置４２より排出される。該排気ガス熱交換器４１にお
いては、エンジン２１より排出される排気ガスの熱量
を、該排気ガス熱交換器４１に流入する冷却水に伝達可
能に構成されている。このため、該排気ガスの温度を低
下させることが可能であり、それと同時に該排気ガスの
熱エネルギーを吸収可能である。該排気ガスの温度が低
下するため、前記排気消音装置４２の温度上昇が少な
く、該排気消音装置４２の耐久性を向上可能である。ま
た、該排気消音装置４２は温度が低下した排気ガスを排
出するため、該排気消音装置４２を容易に構成し、製造
コストを低減可能である。

【００２３】一方、エンジン２１の冷却水は冷却ポンプ
４３により、前記排気ガス熱交換器４１を介した後に該
エンジン２１に供給され、該冷却水はサーモスタット４
４に流入する構成になっている。該サーモスタット４４
・４５は水／水熱交換器４６及びラジエタ４７に接続さ
れており、該冷却水が設定温度以下であれば水／水熱交
換器４６に、該冷却水が設定温度より高ければ、ラジエ
タ４７に冷却水が供給される構成になっている。排気ガ
ス熱交換器４１及びエンジン２１において加熱された冷
却水が設定温度より熱くなった場合においては、該冷却
水はサーモスタット４４を介してラジエタ４７に導入さ
れ、冷却される。また、ラジエタ４７の近傍には電動フ
ァン４８が配設されており、該電動ファン４８により冷
却風を発生させ、該ラジエタ４７に導入された冷却水を
冷却可能に構成している。これにより、冷却水が過剰に
熱せられることを防止可能である。こうして、排気ガス
熱交換器４１及びエンジン２１において加熱された冷却
水は、サーモスタットの設定温度以下において前記水／
水熱交換器４６に導入され、該水／水熱交換器４６に導
入される二次冷却水の温度を上げることが可能である。
このため、該二次冷却水を給湯もしくは暖房に用いるこ
とにより、該エンジン２１より発生するエネルギーを有
効利用することが可能である。このように、冷却水の循
環システムを設けることにより、まず、エンジン２１自
体が、多量の冷却媒体（冷却水）により冷却される状態
となるので、通常状態において低温で運転され、該エン
ジン２１の耐久性を向上可能であり、該エンジン２１に
吸入される空気および燃料の体積変化を減少可能である
ため、該エンジン２１を好条件において運転することが
可能である。そして、発電機２２の出力源としてのエン
ジン２１の運転により、その冷却媒体（冷却水）を熱源
として給湯や暖房に利用でき、従って、該エンジン２１
に供給された燃料を、負荷への供給電力としても、二次
冷却水の熱源としても有効利用可能であり、該熱量およ
び電力に掛かるコストを低減可能である。

【００２４】上記の如き冷却水循環システムにおいて、
二次冷却水の温度調節のために該エンジン２１が熱源と
して利用されているが、ここで、発電機２２から負荷へ
の電力出力制御に、エンジン回転数の調節が用いられる
ならば、エンジン冷却水の温度は不安定となり、二次冷
却水の熱源としては不安定なものとなる。しかし、第一
実施例の発電システムユニット１２に用いられるエンジ
ン２１は、前記の如く回転数を一定に制御されているた
めに、冷却水の上昇温度が略一定であり、従って、排気
ガス熱交換器４１から水／水熱交換器４６の熱交換用水
循環回路に導入する冷却水の温度が略一定で、熱源とし
て安定しており、二次冷却水を一定温度に制御して供給
する上で有効なのである。

【００２５】次に、本発明の発電設備の負荷移行装置を
備え、本発明の発電設備の負荷移行方法を適用した発電
システムユニット１２の第二実施例について説明する。
図８に示すように、第二実施例においては、発電機２２
を駆動するエンジン２１にはガバナ６１が装着されてお
り、該ガバナ６１により該エンジン２１の回転数を調節
可能に構成している。これにより、発電機２２よりの電
力出力を調節するものである。発電機２２より発電され
た電力は、整流器２４により直流に変換され、商用電源
１１をＡＣ／ＤＣコンバータ２６により直流に変換した
電流と接続点Ａにて合流される。該合流された電流はＤ
Ｃ／ＡＣインバータ２７により交流に変換され負荷に出
力される。また、該ＤＣ／ＡＣインバータ２７を介して
出力される電流は負荷電流検出器２８により計測されて
おり、該負荷電流検出器２８による検出値により負荷移
行制御装置２５において発電機２２の出力電力が算出さ
れ、該負荷移行制御装置２５に接続したガバナ６１によ
り該発電機２２の出力電力が調節される。該ガバナ６１
には負荷移行制御装置２５が接続されており、該負荷電
流検出器２８により検出した負荷電流に応じて、該負荷
移行制御装置２５において算出された値に基づいた制御
がおこなわれる。該ガバナ６１により該エンジン２１の
回転数を調節され、前記発電機２２よりの出力を調節可
能に構成している。

【００２６】次に、前記負荷移行制御装置２５における
制御構成について説明する。図９において前記ガバナ６
１において設定される出力特性を示す。縦軸Ｖは出力電
力の電圧であり、横軸Ｉは負荷（負荷電流）である。図
９にはエンジン２１の回転数ｎ１・ｎ２・ｎ３・ｎ４に
対応する出力曲線が示されている。該ｎ１・ｎ２・ｎ３
・ｎ４に対応する出力曲線は負荷の上昇とともに電圧が
降下するものである。図９において、ｎ１が最も回転数
が大きいものであり、エンジン２１の回転数はｎ２・ｎ
３・ｎ４の順に小さくなる。

【００２７】図１０において、負荷の変動が生じた場合
について説明する。発電機２２が負荷ｉ２に対して電力
Ｐ２を出力している状態において、負荷が増大し該負荷
がｉ１に上昇すると、該発電機２２の出力は出力特性に
ｎ２に沿って電圧がｖ１よりｖ２に降下する。この場
合、前述の如く該発電機２２よりの電圧が降下するた
め、商用電源１１より電力が供給され、該発電機２２お
よび商用電源１１により電力Ｐ１が出力される。即ち、
（ｖ１−ｖ２）×ｉ１により示される電力（図中斜線部
分）が、商用電源１１より供給され、発電機２２の瞬間
的な出力が不足を補充する構成になっている。この後、
エンジン回転数を回転数ｎ２より回転数ｎ１に調節する
ことにより、該発電機２２により負荷ｉ１に対応するこ
とが可能である。

【００２８】また、電力の負荷（負荷電流）は前記負荷
電流検出器２８によりモニターされており、該負荷電流
検出器２８の検出値に応じて、前記エンジン２１の回転
数が負荷移行制御装置２５を介してガバナ６１により制
御される。該負荷移行制御装置２５には図１１に示すよ
うなマップが記憶されており、該マップに従い前記エン
ジン２１の回転数が調節される。該マップの縦軸Ｎはエ
ンジン２１の回転数を示すものであり、横軸Ｉは負荷電
流を示すものである。ｎmax は該エンジン２１の最大回
転数である。このため、該エンジン２１における回転数
の調節範囲は前記ｎmax 以下となる。また、負荷電流が
該エンジン２１の最大回転数であるｎmax における負荷
電流ｉmax である場合には、該エンジン２１の回転数は
最大回転数であるｎmax に固定される。前記エンジン２
１の回転数調節範囲（回転数がｎmax 以下) において、
負荷電流検出器２８において検出された負荷電流がｉで
ある場合には、図１１に示すマップにより回転数ｎが負
荷移行制御装置２５において算出され、前記ガバナ６１
が制御される。該ガバナ６１により前記エンジン２１の
回転数が調節され、該エンジン２１の回転数がｎとな
る。このため、発電機２２の出力電力の調節を負荷に応
じて行うことが可能である。

【００２９】次に、発電システムユニット１２の負荷移
行による界磁電流の制御の流れについて、図１２より説
明する。まず、処理３１において、前記負荷電流検出器
２８により負荷電流が検出され、検出された負荷電流に
ついて、処理３２において、該負荷電流が定格電流以上
であるかの判断が前記負荷移行制御装置２５で行われ
る。該負荷電流が定格電流（前記のｉmax ）以上である
場合には、処理７３においてエンジン２１の回転数を最
大回転数（前記のｎmax ）に固定する制御信号が出さ
れ、処理７５において、ガバナ６１によりエンジン２１
の回転数が最大回転数に調節され、発電機の出力が制御
される。この場合において、負荷電流と定格電流との差
分の電流は、商用電源１１にて補うのである。また、負
荷電流が定格電流よりも小さい場合には、処理７４にお
いて前記マップによりエンジン２１の回転数が設定さ
れ、処理７５において前記ガバナ６１によりエンジン２
１が調節され、発電機の出力が負荷に応じて制御され
る。

【００３０】上記の如く、発電機２２の出力をエンジン
２１の回転数を調節することにより行うので、負荷電流
が小さい場合には、エンジン２１により消費される燃料
を減少できるので、省エネルギーを実現でき、また、騒
音も小さくできる。また、エンジン２１の最大回転数を
大きく設定しておくことにより、平常時には小さな回転
数で運転しておいて、負荷が大きくなった時にエンジン
回転数を増大させて電力の供給を行うことができ、大き
な負荷を必要とする設備に電力の供給を行うことが可能
である。また、負荷が大きい場合にのみエンジンの回転
数が上昇するため、平常時のエンジン２１の騒音を減少
させることができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、以上のような発電設備の負荷
移行装置の構成及び負荷移行方法としたので、次のよう
な効果を奏する。まず、請求項１に記載の如く、商用電
源との系統連係を行う発電設備の負荷移行装置であっ
て、該発電設備からの交流電力を直流に変換する変換手
段と、該商用電源からの交流電力を直流に変換する変換
手段と、両変換手段からの直流電力を合流させる合流回
路と、該合流回路の直流電力を交流に変換して負荷に電
力供給する変換手段とを設け、過負荷状態では該発電設
備の電力不足分を商用電源より自動補給すると共に、負
荷変動に応じて発電設備の出力制御を行うよう構成した
ので、次のような効果を奏する。まず、現場の配線施工
の観点からの効果について述べると、請求項１記載の構
成の負荷移行装置は、負荷への出力回路が発電設備から
と商用電源からの合流電流の回路一本ですむので、この
ような負荷移行装置を発電設備と一体化することによ
り、現場においては、既存の商用電源と各負荷への分電
盤との間に、発電設備と当該負荷移行装置とを一体化し
たものを介装し、商用電源と分電盤とに接続するだけ
で、商用電源並列運転式の発電設備を構成できるもので
あり、商用電源と発電設備との間の負荷切換を行うため
の従来のような負荷切換装置を他に設けることは不要で
ある。このため、該発電設備を簡便に構成可能である。
即ち、該発電設備を配設するにあたり、容易な現場配線
変更により実施可能であり、該工事に掛かるコストを低
減可能である。また、該負荷の増設、減少に対しては、
特別に負荷移行装置に変更を加える必要がなく、既存の
分電盤における配線変更のみで対処でき、負荷の増設、
減少などの変更に容易に対応可能である。次に、請求項
１記載の負荷移行装置を用いて構成した商用電源並列運
転式の発電設備の効果について述べる。まず、過負荷時
における商用電源からの電力補填、或いは発電設備と商
用電源との間での電力供給源の切換構成に関しては、請
求項１記載の負荷移行装置は、発電設備の交流電力と商
用電源の交流電力とを、それぞれ直流に変換した上で合
流させるため、従来の交流回路間でのスイッチ切換によ
り電力供給源の切換を行っていた負荷切換装置において
発生していた電圧波形や周波数のズレが発生しない。ま
た、発電設備及び商用電源からの各直流変換後の電流の
合流点の電位差により負荷分担を切り換えるので、従来
の負荷切換装置に使用していた有接点式の切換スイッチ
に発生するようなスイッチ部のトラブルが発生すること
がない。また、従来は、各負荷における商用電源と発電
設備との間でのスイッチ切換をする前に、負荷電流の総
和から演算して、商用電源に繋げるべき適当な負荷を選
択するので、電力供給源の切換に時間がかかった。これ
に対し、請求項１記載の負荷移行装置では、発電設備の
交流電力を直流に切り換える切換手段が逆流防止機能を
有するため、該合流点における各電源からの直流電流の
電圧比較により、商用電源よりの電力供給切換を瞬時に
行うことが可能である。そして、請求項１記載の負荷移
行装置は、負荷変動に応じて発電設備の出力制御がなさ
れるので、商用電源からの電力補填は必要最低限の緊急
の過負荷時のみですみ、商用電源からの電力コストを抑
えることができ、また、緊急時の商用電源からの電力補
填が、前述のように瞬時に行われるので、負荷への電力
供給を安定させることができるのである。

【００３２】また、請求項１記載の負荷移行装置におい
て、請求項２に記載の如く、前記発電設備をエンジン及
び発電機により構成し、該エンジンの回転数を一定と
し、負荷電流に応じて該発電機の界磁電流を変動して前
記の発電設備の出力制御を行うものとしたので、次のよ
うな効果を奏する。エンジン回転数が一定であることか
ら、例えば、このエンジンより発生する熱（該エンジン
の加熱冷却水）を利用して、暖房や給湯に使用する高温
水を供給するシステムを構成する場合に、エンジンから
の発生熱量が変動せずに安定しており、従って、暖房等
の高温水を安定して供給可能である。そして、燃費およ
び騒音等の条件において最適条件に回転数を設定可能で
ある。これにより、発電設備の静粛性を向上可能であ
り、また、該発電設備におけるエネルギー効率を向上可
能である。

【００３３】或いは、請求項１記載の負荷移行装置にお
いて、請求項３に記載の如く、前記発電設備をエンジン
及び発電機により構成し、負荷電流に応じて該エンジン
の回転数を変更して、前記の発電設備の出力制御を行う
ので、次のような効果を奏する。即ち、負荷が少ない場
合には、発電設備の発電出力を低減するのに、エンジン
の回転数を落とすので、エンジンへの供給燃料に無駄が
なく、該発電設備に必要となる燃費を削減できる。ま
た、このように負荷の少ない場合にはエンジン回転数を
落とすことで、該発電設備の騒音を低減できる。

【００３４】そして、請求項４記載の如く、商用電源と
の系統連係を行う発電設備において、該発電設備からの
交流電力と、該商用電源からの交流電力とを、それぞれ
直流に変換し合流させた後に交流に変換して負荷に電力
供給し、過負荷状態では該発電設備の電力不足分を商用
電源より自動補給すると共に、負荷変動に応じて発電設
備の出力制御を行う発電設備の負荷移行方法を用いるこ
とにより、次のような効果を奏する。まず、現場の配線
施工の観点からの効果について述べると、請求項４記載
の構成の負荷移行方法を用いて、負荷移行装置を構成す
れば、負荷への出力回路が発電設備からと商用電源から
の合流電流の回路一本ですむので、このような負荷移行
方法を用いた装置を発電設備と一体化することにより、
現場においては、既存の商用電源と各負荷への分電盤と
の間に、発電設備と当該負荷移行方法を用いて構成した
装置とを一体化したものを介装し、商用電源と分電盤と
に接続するだけで、商用電源並列運転式の発電設備を構
成できるものであり、商用電源と発電設備との間の負荷
切換を行うための従来のような負荷切換装置を他に設け
ることは不要である。このため、該発電設備を簡便に構
成可能である。即ち、該発電設備を配設するにあたり、
容易な現場配線変更により実施可能であり、該工事に掛
かるコストを低減可能である。また、該負荷の増設、減
少に対しては、特別に負荷移行装置に変更を加える必要
がなく、既存の分電盤における配線変更のみで対処で
き、負荷の増設、減少などの変更に容易に対応可能であ
る。次に、請求項１記載の負荷移行方法を用いて構成し
た商用電源並列運転式の発電設備の効果について述べ
る。まず、過負荷時における商用電源からの電力補填、
或いは発電設備と商用電源との間での電力供給源の切換
構成に関しては、請求項４記載の負荷移行方法は、発電
設備の交流電力と商用電源の交流電力とを、それぞれ直
流に変換した上で合流させるため、従来の交流回路間で
のスイッチ切換により電力供給源の切換を行っていた負
荷切換装置において発生していた電圧波形や周波数のズ
レが発生しない。また、発電設備及び商用電源からの各
直流変換後の電流の合流点が、そのまま無接点式の切換
スイッチとして機能し、従来の負荷切換装置において使
用していた有接点式の切換スイッチに発生するようなス
イッチ部のトラブルが発生することがない。また、従来
の負荷移行方法では、各負荷に対する商用電源と発電設
備との間での電源切換をする前に、負荷電流の総和から
演算して、商用電源に繋げるべき適当な負荷を選択する
ので、電力供給源の切換に時間がかかった。これに対
し、請求項４記載の負荷移行方法では、該合流点におけ
る各電源からの直流電流の電圧比較により、商用電源よ
りの電力供給切換を瞬時に行うことが可能である。そし
て、請求項４記載の負荷移行方法は、負荷変動に応じて
発電設備の出力制御がなされるので、商用電源からの電
力補填は必要最低限の緊急の過負荷時のみですみ、商用
電源からの電力コストを抑えることができ、また、緊急
時の商用電源からの電力補填が、前述のように瞬時に行
われるので、負荷への電力供給を安定させることができ
るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発電設備の負荷移行装置を組み込んだ
商用電源並列運転方式の発電設備の配設構成を示すブロ
ック図である。

【図２】第一実施例の発電設備の構成を示すブロック図
である。

【図３】第一実施例における出力特性を示す図である。

【図４】第一実施例における負荷変動時の出力特性を示
す図である。

【図５】第一実施例における界磁コイルを制御するマッ
プを示す図である。

【図６】第一実施例における界磁コイルを制御するフロ
ーチャート図である。

【図７】第一実施例における発電設備を利用した熱供給
システムを示すブロック図である。

【図８】第二実施例の発電設備の構成を示すブロック図
である。

【図９】第二実施例における出力特性を示す図である。

【図１０】第二実施例における負荷変動時の出力特性を
示す図である。

【図１１】第二実施例におけるエンジン回転数を制御す
るマップを示す図である。

【図１２】第二実施例におけるエンジン回転数を制御す
るフローチャート図である。

【図１３】従来の商用電源並列運転方式による発電設備
の負荷移行装置を示す電気回路図である。

【符号の説明】

１１ 商用電源 １２ 発電システムユニット １３ 分電盤 ２１ エンジン（発電設備） ２２ 発電機（発電設備） ２３ 界磁コイル ２４ 整流器 ２５ 負荷移行制御装置 ２６ ＡＣ／ＤＣコンバータ ２７ ＤＣ／ＡＣインバータ ２８ 負荷電流検出器 ６１ ガバナ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源との系統連係を行う発電設備の
   負荷移行装置であって、該発電設備からの交流電力を直
   流に変換するとともに電流の逆流防止機能を有する変換
   手段と、該商用電源からの交流電力を直流に変換する変
   換手段と、両変換手段からの直流電力を合流させる合流
   回路と、該合流回路の直流電力を交流に変換して負荷に
   電力供給する変換手段とを設け、過負荷状態では該発電
   設備の電力不足分を商用電源より自動補給するととも
   に、負荷変動に応じて発電設備の出力制御を行うよう構
   成したことを特徴とする発電設備の負荷移行装置。
2. 【請求項２】 前記発電設備をエンジン及び発電機によ
   り構成し、該エンジンの回転数を一定とし、負荷電流に
   応じて該発電機の界磁電流を変動して前記の発電設備の
   出力制御を行うことを特徴とする請求項１記載の発電設
   備の負荷移行装置。
3. 【請求項３】 前記発電設備をエンジン及び発電機によ
   り構成し、負荷電流に応じて該エンジンの回転数を変更
   して、前記の発電設備の出力制御を行うことを特徴とす
   る請求項１記載の発電設備の負荷移行装置。
4. 【請求項４】 商用電源との系統連係を行う発電設備に
   おいて、該発電設備からの交流電力と、該商用電源から
   の交流電力とを、それぞれ直流に変換し合流させた後に
   交流に変換して負荷に電力供給し、過負荷状態では該発
   電設備の電力不足分を商用電源より自動補給すると共
   に、負荷変動に応じて発電設備の出力制御を行うことを
   特徴とする発電設備の負荷移行方法。